Тема 5 Основы защиты РЭА от механических воздействий (Конспект лекций ОКТРЭС), страница 2

На схемах закрепления пунктирной линией обозначено свободное опирание стороны пластины, штриховкой - жесткое закрепление.67Выражение (5.6) обеспечивает удовлетворительную точность лишьпри расчетах частоты свободных колебаний основного тока. С ростом номера тока точность результатов расчета существенно снижается.С помощью метода Ритца, являющегося развитием метода Рэлея, получены формулы расчета частоты свободных колебаний пластины на основном токе и обертоках для различных краевых условий.

Широкое применение находит формула:ω0i=αi/a2[D/(m)]1/2Кэ,(5.7)где αi - коэффициент, зависящий от способа закрепления пластины,соотношения ее сторон и номера тона колебаний, m - масса пластины, приведенная к площади, Кэ - коэффициент, учитывающий нагрузку пластиныразмещенными на ней элементами.Значение αi находят в результате решения дифференциального уравнения колебаний прямоугольной пластины при заданных краевых условиях. Для определения комбинаций краевых условий и отношений сторонпластины αi табулирован.Чтобы упростить процедуру расчета круговой частоты свободных колебаний пластины основного тона по формуле (5.7), она преобразуется квиду:гдеf01=(ch/a2)*kмkэ*105, Гц (5.8)с=α1/2π(D/mо )1/2- частотная постоянная, a - большая сторонапластины, мм;kм=(Eρс/Eсρ)1/2- поправочный коэффициент на материал пластины, E, Eс - модулиупругости материала пластины и стали, ρ, ρс - их плотности,kэ=1/(1+mэ/mп)1/2- поправочный коэффициент на нагружение пластины равномерноразмещенными на ней элементами, mэ - масса элемента, mп - масса пластины.Значения частотной постоянной с для некоторых схем закрепленияпластины табулированы.Построение расчетных моделей функциональных узлов производитсяна основе анализа реальных конструкций, выявления характерных особенностей, оказывающих существенное влияние на динамические процессыпри вибрации.78Узел, выполненный на печатной плате, закрепляемый в четырех точках по углам (рис.5.1,а), представляют расчетной моделью пластины, равномерно нагруженной радиоэлементами, со свободным опиранием всехсторон (рис.5.1,б).

Принятый способ закрепления обосновывается тем, чтопри изгибных колебаниях основного тона на каждой стороне пластины укладывается полуволна, узлы перемещения совпадают с точками крепленияплаты. Поэтому наличие точек закрепления не сказывается на параметрахколебаний. Расчетной моделью узла на печатной плате с размерами сторонa и b, закрепленной в шести точках по контуру (рис.5.2,а), служит прямоугольная пластина с размерами сторон a/2, b, свободно опирающаяся поконтуру, с равномерно распределенной нагрузкой (рис.5.2,б). Основной тонсвободных колебаний определяется полуволной, укладывающейся вдольсторон a/2 и b пластины.Рис. 5.1Рис.

5.2Конструкция функциональной ячейки блока разъёмного типа(рис.5.3,а) может быть представлена расчётной моделью в виде нагруженной прямоугольной пластины с жёстким закреплением сторон, на которыхустановлены контрольная колодка 3 и электрический соединитель 2, и свободным опиранием двух других сторон (рис.5.3,б). Принятая схема закрепления обосновывается тем, что электрический соединитель и контрольнаяколодка по сравнению с печатной платой имеют значительно большую жёсткость на изгиб, а расстояние между стенками направляющих, с помощью89которых плата устанавливается в блоке, в большинстве случаев существенно превышает толщину печатной платыРис.

5.3Каркасные конструкции функциональных ячеек (печатная плата закреплена на рамке по контуру) обычно моделируют пластиной с жесткимзакреплением всех сторон.5.4. Виброзащита конструкций РЭС.Одной из более эффективных мер борьбы с вибрациями является виброзащита РЭС с помощью различных систем виброизоляции.

Сущностьвиброизоляции заключается в том, что между защищаемым объектом ивибрирующей поверхностью помещаются устройства - виброизоляторы,которые ослабляют вибрационные воздействия на объект.Основным элементом виброзащитной системы является амортизатор(виброизолятор). Амортизатор представляет собой конструкцию, объединяющую упругий и демпфирующий элемент. Упругие силы в амортизаторесоздаются стальными пружинами, упругой составляющей жесткости резиновых или полимерных элементов, упругостью металлорезины или троса.Силы сопротивления (демпфирование) в конструкции амортизатора образуется в результате сухого трения в материале упругого и демпирующегоэлементов и вязкого трения.В зависимости от типа упругого элемента и способа деформированияамортизаторы можно разделить на следующие классификационные группы:резинометаллические, пружинные с воздушным деформированием, пружинные с фрикционным деформированием, цельнометаллические со структурным деформированием.

Конструкции некоторых типов амортизаторов,являющихся представителями названных классификационных групп, приведены на рис.5.4.9101011Виброизолирующие свойства амортизаторов определяются их параметрами. К основным параметрам амортизаторов относятся:- номинальная нагрузка амортизатора Рн, при которой статическая деформация упругого элемента находится в пределах рекомендуемых значений,- частота свободных колебаний при номинальной нагрузке вдоль основной оси,- статический прогиб при номинальной нагрузке zст,- жесткость амортизаторов k,- параметры, характеризующие работоспособность амортизаторов вусловиях климатический воздействий.При выборе амортизаторов для системы виброизоляции исходят из того, чтобы амортизаторы работали при номинальной нагрузке.

Снижение нагрузки на амортизатор ведет к повышению жесткости, перегрузка - к снижению надежности системы.По частотным свойствам амортизаторы подразделяются на низкочастотные (fo = 3...4 Гц),среднечастотные (fo= 8...10 Гц) и высокочастотные(fo= 20...25 Гц).Статический прогиб, номинальная нагрузка и жесткость амортизаторасвязаны соотношениемk = Рн/zстРасчет виброизоляции конструкций РЭС начинают с выбора амортизаторов. Условиями выбора амортизаторов являются:- масса и габаритные размеры блока,- параметрами внешних механических (диапазон частот вибраций,амплитуды перемещений и ускорений при вибрациях, направлениедействия возбуждающих колебаний) и климатических воздействий,- параметры амортизаторов.1112Выбор амортизаторов производится по расчетному значению нагрузки, которое находят из условия равенства общей статической грузоподъемности амортизаторов весу блока:Pa = mg/na,где m - масса блока, na - число амортизаторов в системе виброизоляции.

По конструктивным соображениям обычно принимают na >3. Значение Pa должно быть близким к номинальной нагрузре амортизатора Pн.Для конкретного типа амортизатора номинальной нагрузке соответствуютдругие параметры: статический прогиб zст, жесткость по основным направлениям, масса.После выбора амортизаторов решают задачу их расстановки (монтажа). Наибольшее применение находит рациональный монтаж амортизаторов. Условия рационального монтажа можно сформулировать следующимобразом: общая статическая грузоподъемность всех амортизаторов равняется весу блока, центр масс (ЦМ) и центр жесткости (ЦЖ), т.е.

точка приложения равнодействующей сил реакций амортизаторов, совпадают или лежат на одной вертикали.Это обусловлено тем, что если на изолируемую систему действует периодические возбуждающие силы с широким спектром частот, то для обеспечения высокой эффективности виброизоляции все шесть частот свободных колебаний системы должны лежать в узком диапазоне частот. Совмещение частот свободных колебаний может быть достигнуто соответствующим выбором жесткости амортизаторов и координат их расстановки.Широкое распространение получило расположение амортизаторов,при котором ЦЖ находится ниже ЦМ (рис.5.5).

Основным достоинствомтакой системы является от, что она дает возможность разместить блоки аппаратуры в непосредственной близости друг от друга. Если все амортизаторы имеют одинаковую жесткость kz, то смещение блока вдоль оси z будетпроисходить без перекосов, т.е. исключаются повороты относительно осейх и y.

Частота свободных колебаний вдоль оси z для этого случая определяется соотношениемωoz = (nakz/m )1/2где na - число амортизаторов, m - масса виброизолируемого объекта.Рис. 5.51213Перемещение точек расположения амортизаторов на боковую поверхность блока (рис.5.6) позволяет совместить ЦЖ и ЦМ и избежать связанныхколебаний. Такой же результат достигается при зеркально симметричномрасположении амортизаторов на нижней и верхней стенках блока (рис.5.7).Для конструктивной реализации таких систем требуются дополнительныеузлы крепления в виде кронштейнов и стоек. Более простой системой, позволяющей совместить центр жесткости с центром масс, является система снаклонным расположением амортизаторов (рис.5.8).

Она находит применение в транспортной, корабельной и бортовой аппаратуре. Комбинированные системы (рис.5.9) позволяют ослабить колебания вокруг горизонтальных осей за счет установки дополнительных виброизоляторов на боковойповерхности блоков. Такая система применяется для блоков РЭС, имеющихзначительную высоту. Если амортизаторы устанавливаются несимметричноотносительно ЦМ блока (рис.5.10), то для сохранения значений частот свободных колебаний таких же, как и при симметричном размещении, необходимо, чтобы жесткость каждого амортизатора вдоль оси z была пропорциональна его доле нагрузки, т.е.kz1/kz2 = в2/в1.Рис. 5.6Рис. 5.7Рис.5.81314Рис. 5.9Рис. 5.10При произвольном размещении амортизаторов под изолируемом объектом, когда плоскости симметрии отсутствуют, все колебания будут связаны между собой.5.5.

Конструктивные способы зашиты РЭС от механических воздействий.Вибро- и ударозащита конструкций РЭС с помощью амортизаторовнаходит применение на третьем и более высоких структурных уровнях(блоки, устройства и т.д.). Это обусловлено тем, что номинальная нагрузкадаже легких амортизаторов может быть обеспечена начиная с уровня блока,а конструктивные потери за счет увеличения массы и объема конструкциистановятся менее заметными.В то же время ряд эффективных мер защиты конструкции от механических воздействий могут быть применены при разработке микросборок ифункциональных узлов. Эти меры имеют конкретное конструктивное воплощение, типичное для каждого структурного уровня, и главным образомнаправлены на повышение демпфирующих свойств и жесткости конструкций.При конструировании микросборок предусматривается вибро- и удароизоляция компонентов.

Для уменьшения коэффициента передачи механических воздействий, приложенных к подложке, компоненты (бескорпусные полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы и др.) закрепляются на подложке с помощью вибропоглощающего клея. После полимеризации клей остается эластичным, поэтому система компонент - клееваяпрослойка - подложка может быть представлена моделью механическойколебательной системы с кинематическим возбуждением (рис.4.6). Перечень применяемых клеев достаточно широк, но чаще всего используютсяклеи КВК-68, ВК-9 и МК-400. Основные параметры клеев приведены в таблице П приложения.1415Другим решением, способствующим повышению вибропрочностимикросборок, является ограничение длины гибких выводов компонентов ипроволочных перемычек.